Ti60合金中α相的晶体取向研究

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高温钛合金具有比强度高、耐高温、耐腐蚀等优点而广泛应用于航空和航天领域。Ti60合金属于Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si-Nb-Ta系近α型高温钛合金,可在600℃下长期使用。材料的显微组织和晶体取向是影响材料性能的两个关键因素,目前针对该类合金显微组织及其与性能关系的研究较多,但对晶体取向的研究尚不充分。本文主要对Ti60合金三种典型组织中的α相的晶体取向演变规律进行了系统的研究,期望了解Ti60合金显微组织和晶体取向的关联关系,为热加工工艺的改进和材料性能优化提供理论依据。  本文首先基于Burgers取向关系,论述了钛合金显微组织中原始β晶粒的晶体取向与次生α相的晶体取向、空间几何取向(板条α相阔面的法线方向)之间的关系。建立了一种利用一束次生α相的晶体取向和该集束次生α相的迹线确定原始β晶粒晶体取向的方法(取向-迹线法)。该方法可以帮助人们利用EBSD数据和次生α相的形貌获得更多的显微组织信息。  研究了β相(110)面织构对次生α相变体选择和织构的影响。在β相→α相转变过程中,当相邻原始β晶粒间有一相同或相近的<110>方向时,在该β/β晶界析出的次生α相的晶体c轴将沿着这一共同的<110>方向,即发生变体选择。本文研究表明:α转变织构主要受β相织构和变体选择的控制。当β相(110)面的织构较弱时,相邻原始β晶粒具有相近(110)取向的几率较低,在无共同<110>方向的β/β晶界处析出的次生的α变体种类随机且数目较多,增大冷却速率可降低织构密度;当β相(110)面的织构密度较高时,相邻原始β晶粒具有相近(110)取向的几率增大;当原始β晶粒与周围几个原始β晶粒具有共同的<110>方向时,β相→α相变后易形成粗大的次生α集束,此时冷却速率对α相织构密度的影响不大。  研究发现,Ti60合金在(α+β)两相区热处理过程中,α相晶体c轴与周围原始β晶粒的<110>方向夹角较小的初生α相更容易保留下来,这种初生α相对原始β晶粒的钉扎作用较弱,原始β晶粒更易长大。冷却过程中,初生α相也会影响次生α相的变体选择。最终使双态组织中的次生α相的与初生α相具有相近的晶体学取向关系,形成相似的织构类型。  研究了不同变形温度下板条α相的球化机制和球化后晶粒的晶体取向。在900℃变形时,随着变形量的增加板条α相内部形成许多等轴晶粒或亚晶,板条α相的球化过程是连续再结晶。球化后的组织取向分布均匀,织构较弱。980℃变形,板条α相通过晶界分离机制球化,球化后的组织具有强<11-20>与压缩轴方向平行的织构,微织构较强。利用EBSD分析,讨论了Ti60合金中微织构的形成原因,为制定优化的热加工工艺提供参考。
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